Điều gì sẽ xảy ra nếu một cây kim đâm vào trái đất với tốc độ ánh sáng?

[ngocanh291005bn]

Vũ trụ đầy rẫy những mối nguy hiểm khác nhau, đối với trái đất, mối đe dọa trực tiếp nhất là tác động của các thiên thể nhỏ bé màu xanh này. Có một số lượng lớn các thiên thể nhỏ trong hệ mặt trời có thể sẽ va chạm với trái đất trong tương lai.

Chúng ta đều biết rằng sức mạnh của các thiên thể nhỏ va vào trái đất là rất lớn, ví dụ khoảng 66 triệu năm trước, sau khi một tiểu hành tinh va vào trái đất, nó đã trực tiếp quét sạch loài khủng long khỏi trái đất, tại sao chúng lại có sức mạnh như vậy? Câu trả lời là chúng rất nhanh, nói chung những thiên thể nhỏ này có thể dễ dàng đạt tốc độ hàng chục nghìn mét / giây nên chúng đều có động năng rất lớn. Từ công thức động năng Ek = 1/2 x mv ^ 2 (trong đó m đại diện cho khối lượng và v đại diện cho vận tốc), chúng ta có thể thấy rằng mặc dù cả khối lượng và vận tốc đều ảnh hưởng đến động năng của một vật, vận tốc có ảnh hưởng lớn hơn đáng kể đến động năng. Điều này khiến người ta tự hỏi, điều gì sẽ xảy ra nếu một vật thể có khối lượng rất nhỏ va vào trái đất với tốc độ cực nhanh? Cụ thể, điều gì sẽ xảy ra nếu một chiếc kim đâm vào trái đất với tốc độ ánh sáng?

Người ta đã biết tốc độ ánh sáng, và khối lượng của kim có thể đặt là 0,2 gam Theo công thức động năng trên, ta tính được rằng kim có động năng khoảng 9 nghìn tỷ jun (9 x 10 ^ 12J) Điều này có vẻ mạnh mẽ, nhưng trên thực tế nó kém hơn nhiều so với một vụ nổ hạt nhân, chẳng hạn như quả bom hạt nhân "Little Boy" giải phóng năng lượng khoảng 63 nghìn tỷ jun (6,3 x 10 ^ 13J). Bên cạnh đó, trái đất còn được bảo vệ bởi khí quyển, có thể hình dung rằng thời điểm kim này di chuyển với tốc độ ánh sáng đi vào khí quyển, nó sẽ tan rã do nhiệt độ cao như sao băng, và động năng của nó chỉ có thể được giải phóng trên trái đất. trên cùng của bầu khí quyển. Từ đó, chúng ta dường như có thể suy ra rằng ngay cả khi một cây kim đâm vào trái đất với tốc độ ánh sáng, nó sẽ không có bất kỳ tác dụng nào đối với trái đất.

Tuy nhiên, lý thuyết của Einstein cho chúng ta biết rằng suy đoán trên là sai vì hai lý do: Thứ nhất, bất kỳ vật chất nào có khối lượng tĩnh đều không thể được gia tốc bằng tốc độ ánh sáng, nhiều nhất nó chỉ có thể đạt tới tốc độ ánh sáng vô hạn; thứ hai: khi tốc độ của một vật gần bằng tốc độ ánh sáng, khối lượng tương đối tính của nó sẽ trở nên rất lớn, do đó phải sử dụng công thức tương ứng để tính động năng của vật (như trong hình dưới đây, trong đó m0 là khối lượng tĩnh của vật và v là tốc độ của vật, c là tốc độ ánh sáng).

Từ công thức trên, chúng ta có thể thấy rằng khi tốc độ của một vật liên tục tiệm cận với tốc độ ánh sáng thì động năng của nó cũng sẽ tăng theo cấp số nhân. Cần phải chỉ ra rằng công thức này đã được xác nhận bởi một số lượng lớn các hiện tượng mà các nhà khoa học quan sát được. Ví dụ thú vị nhất là vào năm 1991, máy dò hạt vũ trụ độ phân giải cao của Đại học Utah đã phát hiện ra một hạt tốc độ rất cao ( rất có thể là một proton), đạt tốc độ ánh sáng 99,9999999999999999999951%, dữ liệu nghiên cứu cho thấy năng lượng của hạt cao tới 30 × 10 ^ 20eV, tương đương với động năng của quả bóng chày bay với tốc độ 100 km / h.

Coi kim là vật có khối lượng tĩnh, vận tốc của kim chỉ có thể bằng tốc độ ánh sáng vô hạn, không thể va vào trái đất với vận tốc ánh sáng nên ta chỉ có thể sửa đổi bài toán như: kim là gần vô hạn với tốc độ ánh sáng. Hậu quả của việc va chạm vào Trái đất sẽ như thế nào? Theo lý thuyết, khi kim đâm vào trái đất, nó có thể được chia thành ba loại, thứ nhất là nó tan rã do nhiệt độ cao trong khí quyển, và năng lượng của nó sẽ được giải phóng vào khí quyển, và một phần của nó sẽ va vào Trái đất trực tiếp. Nó đập vào bề mặt trái đất, trái đất sẽ chịu toàn bộ năng lượng của nó, và thứ ba là trực tiếp truyền qua trái đất, và trái đất sẽ chỉ chịu một phần năng lượng.

Theo công thức mà Einstein đưa ra, chúng ta có thể thấy rõ rằng khi vận tốc của một vật gần bằng tốc độ ánh sáng thì động năng của nó cũng tăng lên vô hạn, điều hiển nhiên là khi kim đâm vào trái đất thì nó cũng tăng lên. Nó có năng lượng vô hạn. Vì vậy, có thể nói rằng dù gặp trường hợp nào nêu trên thì kim sẽ phóng ra năng lượng vô hạn cho trái đất (vì năng lượng vô hạn vẫn là vô hạn dù có phân chia như thế nào), và hệ quả là trái đất sẽ biến mất trong ngay lập tức.

Tất nhiên, cái gọi là "năng lượng vô hạn" không thể tồn tại trong vũ trụ, vì vậy tình huống này chỉ có thể xảy ra trong trí tưởng tượng của chúng ta. Điều đáng nói là năng lượng liên kết hấp dẫn của trái đất vào khoảng 2,25 x 10 ^ 32 joules, một khi năng lượng bên ngoài mà trái đất chịu vượt quá giá trị này, các vật chất cấu tạo nên trái đất sẽ tan rã và không bao giờ được ngưng tụ bởi lực hấp dẫn. Mọi người Nếu quan tâm thì có thể tự tính toán, khi vận tốc của kim này là bao nhiêu thì nó có thể có bao nhiêu năng lượng?

>> Thiên thạch đâm vào kính thiên văn 10 tỷ USD của NASA​